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Mit Trebuchet: Bastler beschleunigt 4-g-Projektil auf Überschallgeschwindigkeit
Mit einem Gegengewicht von rund 40 kg beschleunigt der Ingenieur Tom Stanton ein Projektil mit einem High-Tech-Trebuchet auf Überschallgeschindigkeit.
Das High-Tech-Trebuchet von Tom Stanton bringt Projektile auf Überschallgeschwindigkeit.
Der britische Luft- und Raumfahrtingenieur Tom Stanton hat eine mittelalterliche Wurfmaschine in die Gegenwart katapultiert und eine moderne Fassung einer Trebuchet im Kleinformat gebaut. Mit der etwa 2 m hohen stationären Wurfschleuder beschleunigte Stanton ein 4 g leichtes Projektil auf mehr als Schallgeschwindigkeit (776 mph, etwa 1248,9 km/h) – nur mit einem etwa 88 Pound (knapp 40 kg) schweren Gegengewicht.
Youtuber und Bastler Tom Stanton hat sich bei seiner Konstruktion an einer mittelalterlichen Wurfschleuder orientiert. Trebuchets wurden bei Belagerungen dazu verwendet, um etwa Burg- und Stadtmauern zum Einsturz zu bringen. Die Konstruktion nutzt eine Kombination aus Hebelarm, Schleuder und Gegengewicht, um ein Projektil auf eine hohe Geschwindigkeit zu beschleunigen. Im Vergleich zu einem herkömmlichen Katapult konnten Projektile so weiter und mit einer höheren Durchschlagskraft ihr Ziel erreichen.
Stanton hat die mittelalterliche Konstruktion verbessert. Er erstellte zunächst eine Grundkonstruktion aus Aluminiumprofilen, die einen rotierenden Arm aufnimmt, um dem eine Schleuder gewickelt ist, die das Projektil aufnimmt. Der Ingenieur konstruierte den Arm aus Karbon und berücksichtigte dabei die Kräfte, die auf den Arm beim Schleudervorgang einwirken. Für einen leichteren Lauf des Arms und zur Verhinderung von Vibrationen verwendete Stanton Kugellager in einer Aluminiumhalterung, die mit einer Spule verbunden ist. Auf dieser wird das Antriebsband aufgewickelt. Als Material für das Antriebsband verwendet der Youtuber ein 4 mm dickes Band aus Ultra-high-molecular-weight polyethylene (UHMWPE), ein thermoplastisches Polyethylen, das einer hohen Spannkraft von mehr als 1,5 t standhält.
Den Wurfarm mit der Schleuder bringt Stanton über ein herabfallendes Gegengewicht und einer Flaschenzugkonstruktion mit einem Übersetzungsverhältnis von 3:1 über das Antriebsband in Rotation. Stanton errechnete, dass der Arm 15-mal rotieren muss, um etwa auf 2000 U/min zu kommen, um so die nötige Abwurfgeschwindigkeit für das Projektil zu erreichen. Das Projektil muss dabei in einem Zeitfenster von etwa 2,5 ms freigegeben werden. Stanton konstruierte dazu einen Mechanismus, der das Projektil in einer geflochtenen Schlingenkonstruktion aus 1 mm starkem Band loslässt. Das Projektil besteht aus einem Gewicht, das Stanton in einer 3D-gedruckten Kugel einbettete.
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Beim ersten Test der Trebuchet-Konstruktion verwendete Stanton ein 10 kg schweres Gegengewicht, das aus 1,7 m Höhe herabfällt. Der Wurfarm konnte damit innerhalb von 1,3 s auf 1100 Umdrehungen beschleunigt werden. Das 10 g schwere Projektil erreichte dabei eine Geschwindigkeit von 328 mph. Um die Effizienz des Wurfarms zu steigern, änderte der Ingenieur die Aerodynamik des Wurfarms durch das Hinzufügen einer scharfen Kante und einer Verkleidung des Arms. Durch weitere aerodynamische Verbesserungen sowie Gewichtsanpassungen an dem Auslösemechanismus erzielte Stanton eine höhere Rotation in gleicher Zeit.
Der Maker vergrößerte außerdem die Spule, die den Wurfarm antreibt, um nun aus einer höheren Fallhöhe von 1,9 m Fallhöhe ein höheres Drehmoment zu erreichen. Mit diesen Verbesserungen erreichte Stanton eine Rotationsgeschwindigkeit von 1248 U/min und eine Geschwindigkeit von 394 mph, eine Steigerung um 20 Prozent. Stanton steigerte daraufhin das Gegengewicht auf 40 kg, blieb bei der Geschwindigkeit jedoch noch 51 mph unterhalb de